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1 TiteldesMysterys: ChemischerGarten ByJ.DittmarundI.Eilks UniversitätBremen FundedbytheSeventhFramewrkPrgrammeftheEurpeanUnin FP7;Science;in;Sciety;2012;1,GrantAgreementN

2 Titel:'' Chemischer'Garten' ' Übersicht: DerChemischeGartenisteinfaszinierendes ExperimentausderChemie.Sbaldverschiedene MetallsalzeinNatrnwasserglasgegebenwerden, entstehenpflanzenartigegebilde.dieslässtsich minutiösbebachten.dchwiekmmteszudiesem Wachstum?DiesesPhänmensllhieraufgeklärt werden. Chemie,NW Fach: Fachinhalte: Jahrgangsstufe(n): LöslichkeitvnSalzen 7te Dauer: Gruppengröße: 2Unterrichtsstunden(90min.) 25 30Lernende Sicherheit/Betreuung: SchutzkleidungundSchutzbrille,damitalkalischen Lösungengearbeitetwird. Ksten: Örtlichkeit: Sprachen: Indrs'(small'classrm)' Indrs(largeschlhall) Outdrs Desntmatter deutsch englisch CharakterdesPrblemlösens(Enquiry; mde): Unterrichtsszenari: Allwsfr: Open;endedenquiry Guided'enquiry' Structured'enquiry' Engage/Entdecken:(Einstieg,Fragestellung,ggf.Vide) DieLehrkraftpräsentiertdenChemischenGarten.Es bietetsichdurchausan,wenndiegruppesehrgrß ist,diesezuteilenunddasexperimentanzwei Tischendurchzuführen.DadasKristallwachstum unterschiedlichschnellverläuft,habendieschüler immeretwaszubebachtenundesistkeinprblem diesaufzweitischenzupräsentieren.beim BetrachtendesWachsensderKristallzweigewerden autmatischflgendefragenkmmen: Waspassiertda? WieswachsendieMetallsalzes unterschiedlich? WieswachsenmancheSalzegarnicht? Wasistdaentstandenundwiesehendie ÄstevnInnenaus,sindsiehhl,fest, prös? Explre/Erkunden:(VersuchezurUntersuchungder Fragestellung) FundedbytheSeventhFramewrkPrgrammeftheEurpeanUnin FP7;Science;in;Sciety;2012;1,GrantAgreementN

3 Lernziele: AngestrebteKmpetenzen: QuelleundHintergrundinfrmatin: Kmmentare: Quelle: Lizenz: Dat en DerLernendebekmmtüberdiesesExperiment vielemöglichkeitengebten,dasphänmenzu untersuchen.slassensichflgendeversuche durchführen: Verdünnungsreihe VergleicheinzelnerMetallsalzein Natrnwasserglas EinflussvnTemperaturundZerteilungsgrad SichtbarmachenderMembran UntersuchungderKristalleunterdem Mikrskp Explain/Erklären:(wissenschaftlicheErklärung) DieSilicataninenbildenmitdenMetallkatinen einesilicathaut,diesichumdenkristalllegt.sie arbeitetwieeinesemipermeablemembran,die Wassermlekülehindurchlässt,abernichtdie Metallkatinen.DersichinderSilicathaut aufbauendesmtischedruckbringtdiesezum Platzen,wdurchpflanzenähnlicheGebilde entstehen. Extend/Erweitern:(VerbindungzuanderenThemendes Lehrplansunddarüberhinaus) EineErweiterung/Viertiefungkannstattfinden,in demmandieeigenschaftendesnatrnwasserglases genaueruntersucht.hierwirdmanfeststellen,dass diesenachtrcknungeinenhydrphencharakter aufweist.nunkönnendielernendensichüberlegen, wdereinsatzvnnatrnwasserglasvnvrteilist. Evaluatin/Evaluieren:(MethdemitderdieLernzielebewertet werdenkönnenundmitderdielehrkraftüberprüfenkann,bdietemi Aktivitäterflgreichdurchgeführtwurde) HierkannmanunteranderemeinenMdellversuch zumsmtischendruckdurchführen,sdassdie VerbindungzumChemischenGartenwieder hergestelltwird.dieschülermüssenerkennen,dass dieverfärbungderkristallwanddeutlichmacht,dass essichumeinemembranhandelt.überdas ExperimentkannmaneineParallelezum Kristallzweigziehen,indemebenfallsdurch smtischendruckdaswassernachbensteigtund sdiepflanzeaufbricht. LöslichkeitvnSalzen AufstellenvnHypthesen PlanenundDurchführenvnVersuchen BewertenexperimentellerUntersuchungen Brandl,H.(1998).Trickkiste)Chemie.Bayerischer SchulbuchVerlag,München. FundedbytheSeventhFramewrkPrgrammeftheEurpeanUnin FP7;Science;in;Sciety;2012;1,GrantAgreementN

4 NamedesAutrs: Institutin: Land: Kntakt: J.Dittmar/I.Eilks UniversitätBremen Deutschland Materials:Becherglas,CalciumchlridBDihydrat,Cellphanflie,Eisen(II)chlrid, Eisen(III)chlrid,Essigessenz,Filmdse,Glasstab,Haartrckner,Heizplatte, Kaliumpermanganat,Kalkstein,Knetmasse,Kupfer(I)chlrid,Kupfer(II)sulfat,Messzylinder, Mikrskp,Natrnwasserglas,Pinsel,Pinzette,Plastikbecher(2cl),Reagenzgläser, Reagenzglasständer,Sand,Sirup,Spatel,Stativmaterial,Stpfen,Strhhalm,Tinte,Uhrglas, Wasser,Ziegelstein FundedbytheSeventhFramewrkPrgrammeftheEurpeanUnin FP7;Science;in;Sciety;2012;1,GrantAgreementN

5 Name: Fach:Chemie Datum: AB5.2 In der Natur lassen sich viele Phänmene bebachten. Allerdings haben diese Meisterwerke der Natur ft einen Nachteil, denn sie sind meist nicht vn langer Dauer. Blumen verwelken, Eiskristalle schmelzen und zurück bleibt die Erinnerung. Der Chemiker hat hingegen andere Möglichkeiten, um sich beispielsweise künstliche Gärten anzulegen. Dch wie entstehen diese und wie lassen sie sich gezielt zu schönen farblichen Gebilden anlegen? Nimm die vrliegenden Metallsalze (Eisen(II)chlrid, Kupfer(I)chlrid und Kaliumpermanganat) und untersuche deren Verhalten in Natrnwasserglas. Vergleiche die Effekte in den Plastikbechern (0,02 L), mit denen auf dem Bild und beschreibe die Unterschiede. Ntiere die Fragen, die sich daraus ergeben. Untersuche das Verhalten vn Eisen(III)chlrid in einer Natrnwasserglas-Lösung. Beschreibe deine Bebachtungen und finde für die Effekte eine Erklärung. Eisen(III)chlrid, Natrnwasserglas, Sand, dest. Wasser, Glasstab, Messzylinder (25 ml), Mikrskp, Plastikbecher (2 cl), Spatel Entdecken Erkunden Vrgehen 1: 1. Fülle in einen Messzylinder 10 ml Natrnwasserglas und 5 ml Wasser (Verhältnis 2:1) und mische es gut durch. 2. Gib in den Plastikbecher eine Schicht Sand, s dass der Bden bedeckt ist und fülle vrsichtig die Natrnwasserglas-Lösung hinein. 3. Gib nun in den Becher einige Krümel Eisen(III)chlrid und bebachte genau das Wachstum. 4. Sbald das Wachstum beendet ist, entferne die Natrnwasserglas-Lösung, um den Kristall zu entnehmen. 5. Untersuche den Kristall nun unter einen Mikrskp und betrachte die Struktur des Kristalls näher. FundedbytheSeventhFramewrkPrgrammeftheEurpeanUnin FP7EScienceEinEScietyE2012E1,GrantAgreementN

6 Name: Fach:Chemie Datum: AB5.2 Untersuche das Verhalten der Metallsalze (Eisen(III)chlrid, Kupfer(II)sulfat und Calciumchlrid- Dihydrat) bei verschiedenen Verdünnungsverhältnissen. Beschreibe deine Bebachtungen und finde eine Erklärung. Calciumchlrid-Dihydrat, Eisen(III)chlrid, Kupfer(II)sulfat, Natrnwasserglas, Sand, Wasser, Glasstab, Messzylinder (50 ml), Plastikbecher (2 cl), Spatel Erkunden Vrgehen 2: 1. Bereite die Verdünnungsverhältnisse im Messzylinder mit den flgenden Angaben vr: - 30 ml Natrnwasserglas - 25 ml Natrnwasserglas mit 5 ml Wasser - 20 ml Natrnwasserglas mit 10 ml Wasser - 15 ml Natrnwasserglas mit 15 ml Wasser - 10 ml Natrnwasserglas mit 20 ml Wasser - 5 ml Natrnwasserglas mit 25 ml Wasser - 30 ml Wasser 2. Gib in sieben Plastikbecher s viel Sand, dass der Bden bedeckt ist und gib jeweils ein Verdünnungsverhältnis vrsichtig hinzu. 3. Nun nehme sieben gleich grße Metallsalzkristalle und gib in jedes Reagenzglas einen hinzu. 4. Bebachte in allen Reagenzgläsern genau das Wachstum und beschreibe dieses. Untersuche das Verhalten vn Eisen(III)chlrid in einer Natrnwasserglas-Lösung bezüglich Temperaturveränderungen und dem Zerteilungsgrad. Beschreibe deine Bebachtungen und finde eine Erklärung. Becherglas, Eisen(III)chlrid, Glasstab, Heizplatte, Natrnwasserglas, Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Spatel, Stativmaterial, Wasser Erkunden Vrgehen 3: 1. Fülle ein Becherglas mit Wasser und stell es auf eine Heizplatte. a) Fülle Natrnwasserglas und Wasser im Verhältnis 2:1 hinein und gib Eisen(III)chlrid hinzu. b) Stelle das Reagenzglas in das mit Wasser gefüllte Becherglas, erhitze es vrsichtig und bebachte das Wachstum. 2. Gib in zwei weitere Reagenzgläser Natrnwasserglas und Wasser im Verhältnis 2:1 und stelle sie in den Reagenzglasständer. a) Nimm nun einen grßen Eisen(III)chlrid-Kristall und ein paar Krümel Eisen(III)chlrid-Pulver und gib dieses jeweils in ein Reagenzglas. Bebachte das Wachstum. FundedbytheSeventhFramewrkPrgrammeftheEurpeanUnin FP7EScienceEinEScietyE2012E1,GrantAgreementN

7 Name: Fach:Chemie Datum: AB5.2 Vrgehen 4: Untersuche das Verhalten eines Metallsalzes in Verbindung mit blau gefärbter Natrnwasserglas-Lösung. Beschreibe deine Bebachtungen und finde eine Erklärung. Calciumchlrid-Dihydrat, Messzylinder, Natrnwasserglas, Tinte, Wasser, Glasstab, Pinzette, Plastikbecher, Spatel, Uhrglas Erkunden 1. Fülle in einen Messzylinder 10 ml Natrnwasserglas und 5 ml Wasser (Verhältnis 2:1) und mische es gut durch. 2. Fülle in einen Plastikbecher die Natrnwasserglas-Lösung und färbe sie mit blauer Tinte ein. 3. Gib nun Calciumchlrid-Dihydrat hinzu, s dass im Plastikbecher ein weißer Klumpen entsteht. 4. Warte nun einige Minuten und schaue regelmäßig nach, b der Kristall sich gefärbt hat. 5. Nach einigen Minuten entnimmst du vrsichtig den Kristall und untersuchst ihn auf die Färbung. Was lässt sich bebachten und wrauf kann man schließen? Aufgabe 1: Aufgabe 2: Aufgabe 3: Erstelle eine Tabelle, in der du das Lösungsverhalten der Metallsalze bei unterschiedlichen Verdünnungen, Temperaturen und Zerteilungsgraden in einer Natrnwasserglas-Lösung beschreibst. Skizziere den Aufbau der pflanzenähnlichen Gewächse und mache deutlich, was durch die Tinte eingefärbt wrden ist. Erkläre nun, wie ein chemischer Garten entsteht. Infrmiere dich dafür im Internet zunächst über die Funktinsweise einer Membran. Erklären FundedbytheSeventhFramewrkPrgrammeftheEurpeanUnin FP7EScienceEinEScietyE2012E1,GrantAgreementN

8 Name: Fach:Chemie Datum: AB5.2 Wasserglas im Bautenschutz Führe den flgenden Versuch durch und erkläre, welche Vrteile sich durch Wasserglas für die Baustffindustrie ergeben. Essigessenz, Haartrckner, Kalkstein, Natrnwasserglas, Pinsel, Ziegelstein, Wasser Erweitern Schritte: 1. Bestreiche die Hälfte der Oberfläche eines Ziegelsteins und eines Kalksteins mit Natrnwasserglas-Lösung. 2. Trckne beide Steine mit dem Haartrckner. 3. Besprühe beide Hälften des Ziegelsteins mit Wasser. 4. Besprühe beide Hälften des Kalksteins mit der Essigessenz. Quelle: Kber, F. (1984). Struktur der Silicate. Der Chemieunterricht, 3/5 (1984), 21. Führe den flgenden Versuch durch und erkläre, wrin der Zusammenhang zum Chemischen Garten besteht. Schritte: 1. Schneide in den Deckel einer Filmdse ein Lch und lass nur den Verschlussring übrig. 2. Nachdem ein Stück Cellphanflie in Wasser aufgeweicht wrden ist (ca. 5 min.), wird diese mit dem Verschlussring an der Filmdse befestigt. 3. Nun wird in den Bden der Filmdse ebenfalls ein Lch geschnitten, s dass ein Strhhalm mit Stpfen hindurch passt. 4. Drehe die Filmdse nun um und befülle sie mit Sirup. 5. Stecke in den Stpfen einen Strhhalm und stpfe ihn dann in das Lch am Bden der Filmdse bis der Sirup im Strhhalm hchsteigt. 6. Falls Lücken zwischen dem Stpfen und der Filmdse bestehen, fülle diese mit Knetmasse aus. 7. Diese Knstruktin wird nun in ein Glas Wasser gestellt, wbei unter der Dse keine Luftblase entstehen darf. Evaluieren FundedbytheSeventhFramewrkPrgrammeftheEurpeanUnin FP7EScienceEinEScietyE2012E1,GrantAgreementN

9 Name: Fach:Chemie Datum: AB5.2 In der Natur lassen sich viele Phänmene bebachten. Allerdings haben diese Meisterwerke der Natur ft einen Haken, denn sie sind meist nicht vn langer Dauer. Blumen verwelken, Eiskristalle schmelzen und zurück bleibt die Erinnerung. Der Chemiker hat hingegen andere Möglichkeiten, um sich beispielsweise künstliche Gärten anzulegen. Dch wie entstehen diese und wie lassen sie sich gezielt zu schönen farblichen Gebilden anlegen? Entdecken Nimm die vrliegenden Metallsalze (Eisen(II)chlrid, Kupfer(I)chlrid und Kaliumpermanganat) und untersuche deren Verhalten in Natrnwasserglas. Vergleiche die Effekte in deinen Plastikbechern, mit denen auf dem Bild und beschreibe die Unterschiede. Ntiere die Fragen, die sich daraus ergeben. Aufgabe 1: Untersuche das Verhalten vn Eisen(III)chlrid in einer Natrnwasserglaslösung und entnehme danach vrsichtig einen Kristallzweig, um ihn unter dem Mikrskp zu untersuchen. Aufgabe 2: Untersuche das Verhalten der Metallsalze (Eisen(III)chlrid, Kupfer(II)sulfat und CalciumchlridDihydrat) bei verschiedenen Verdünnungsverhältnissen mit Wasser. Aufgabe 3: Untersuche das Verhalten vn Eisen(III)chlrid in einer Natrnwasserglaslösung bezüglich der Temperatur und des Zerteilungsgrades. Aufgabe 4: Färbe die Natrnwasserglaslösung mit blauer Tinte und untersuche die Auswirkungen auf den Kristallwuchs vn Calciumchlrid-Dihydrat. Aufgabe 1: Erstelle eine Tabelle, in der du das Lösungsverhalten der Metallsalze bei unterschiedlichen Verdünnungen, Temperaturen und Zerteilungsgraden in einer Natrnwasserglaslösung beschreibst. Aufgabe 2: Skizziere den Aufbau der pflanzenähnlichen Gewächse und mache deutlich, was durch die Tinte eingefärbt wrden ist. Aufgabe 3: Erkläre nun, wie ein chemischer Garten entsteht. Infrmiere dich dafür zunächst über die Funktinsweise einer Membran. Erkunden Erklären FundedbytheSeventhFramewrkPrgrammeftheEurpeanUnin FP7EScienceEinEScietyE2012E1,GrantAgreementN

10 Name: Fach:Chemie Datum: AB5.2 Wasserglas im Bautenschutz Führe den flgenden Versuch durch und erkläre, welche Vrteile sich durch Wasserglas für die Baustffindustrie ergeben. Essigessenz, Haartrckner, Kalkstein, Natrnwasserglas, Pinsel, Ziegelstein, Wasser Erweitern Schritte: 1. Bestreiche die Hälfte der Oberfläche eines Ziegelsteins und eines Kalksteins mit Natrnwasserglas-Lösung. 2. Trckne beide Steine mit dem Haartrckner. 3. Besprühe beide Hälften des Ziegelsteins mit Wasser. 4. Besprühe beide Hälften des Kalksteins mit der Essigessenz. Quelle: Kber, F. (1984). Struktur der Silicate. Der Chemieunterricht, 3/5 (1984), 21. Führe den flgenden Versuch durch und erkläre, wrin der Zusammenhang zum Chemischen Garten besteht. Schritte: 1. Schneide in den Deckel einer Filmdse ein Lch und lass nur den Verschlussring übrig. 2. Nachdem ein Stück Cellphanflie in Wasser aufgeweicht wrden ist (ca. 5 min.), wird diese mit dem Verschlussring an der Filmdse befestigt. 3. Nun wird in den Bden der Filmdse ebenfalls ein Lch geschnitten, s dass ein Strhhalm mit Stpfen hindurch passt. 4. Drehe die Filmdse nun um und befülle sie mit Sirup. 5. Stecke in den Stpfen einen Strhhalm und stpfe ihn dann in das Lch am Bden der Filmdse bis der Sirup im Strhhalm hchsteigt. 6. Falls Lücken zwischen dem Stpfen und der Filmdse bestehen, fülle diese mit Knetmasse aus. 7. Diese Knstruktin wird nun in ein Glas Wasser gestellt, wbei unter der Dse keine Luftblase entstehen darf. Evaluieren FundedbytheSeventhFramewrkPrgrammeftheEurpeanUnin FP7EScienceEinEScietyE2012E1,GrantAgreementN